RU2111343C1 - Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix - Google Patents
Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix Download PDFInfo
- Publication number
- RU2111343C1 RU2111343C1 RU97101756A RU97101756A RU2111343C1 RU 2111343 C1 RU2111343 C1 RU 2111343C1 RU 97101756 A RU97101756 A RU 97101756A RU 97101756 A RU97101756 A RU 97101756A RU 2111343 C1 RU2111343 C1 RU 2111343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plunger
- tape
- drum
- dies
- hydraulic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано преимущественно для подъема нефти или для откачки пластовых вод. The invention relates to the oil industry and can be used mainly for lifting oil or for pumping formation water.
Известна скважинная установка, содержащая плунжер, устьевой сальник, установленный на входе трубы скважины, барабан, установленный на опоре с возможностью его вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, размещенным в трубе скважины, реверсный привод, связанный с валом барабана с возможностью разматывания и наматывания на барабан ленты (патент США N 4024913, кл. Е 21 В 17/00, 1977). Known downhole installation containing a plunger, wellhead stuffing box mounted at the inlet of the well pipe, a drum mounted on a support with the possibility of rotation, a tape spirally wound on the drum, one end mounted on it, and the other passed through a wellhead stuffing box connected to the plunger placed in the well pipe, a reverse drive connected to the drum shaft with the possibility of unwinding and winding the tape on the drum (US patent N 4024913, CL E 21
В этом устройстве ленту выполняют из прочного неметаллического материала для повышения надежности оборудования и уменьшения возможности обрыва ленты. Плунжер в устройстве выполнен в виде цилиндрического поршня. In this device, the tape is made of durable non-metallic material to increase the reliability of the equipment and reduce the possibility of breakage of the tape. The plunger in the device is made in the form of a cylindrical piston.
Однако в этом техническом решении лента испытывает большие напряжения, связанные с многократными ее изгибами на барабане в процессе разматывания и наматывания ленты, которые сочетаются с растяжением ленты под действием осевой нагрузки плунжера. Особенно ненадежным местом, приводящим к короблению и перетеранию ленты, является устьевой сальник, служащий для уплотнения места входа ленты в трубу. По мере разматывания и наматывания на барабан лента на участке от устьевого сальника до места ее схода с барабана отклоняется от вертикального положения, и это отклонение тем больше, чем больше глубина погружения плунжера в трубу скважины. Поэтому при использовании такой установки в качестве глубиннонасосной с длиной хода плунжера в трубе скважины более 50 м снижается ее надежность и увеличивается частота замены ленты, несмотря на использование для ее изготовления высокопрочных синтетических материалов. However, in this technical solution, the tape experiences high stresses associated with its repeated bending on the drum during unwinding and winding of the tape, which are combined with the stretching of the tape under the axial load of the plunger. A particularly unreliable place leading to warping and grinding of the tape is the wellhead seal, which serves to seal the place of entry of the tape into the pipe. As the unwinding and winding on the drum, the tape in the area from the wellhead seal to the place where it leaves the drum deviates from the vertical position, and this deviation is greater, the greater the depth of plunger immersion in the well pipe. Therefore, when using such an installation as a deep-well pump with a plunger stroke length of more than 50 m in the well pipe, its reliability decreases and the frequency of replacement of the tape increases, despite the use of high-strength synthetic materials for its manufacture.
Кроме того, для глубиннонасосных установок приходится использовать колонну насосно-компрессорных труб, составленную из отдельных труб длиной 6-9 м, соединенных между собой муфтой с резьбой. Это приводит к нарушению соосности отдельных труб и идеальности круглой формы поперечного сечения, поэтому применение цилиндрического плунжера приводит к увеличению осевых напряжений на ленту в местах прохождения плунжером неоднородностей трубы, таких как ее эллипсоидность и несоосность. In addition, for deep pump installations it is necessary to use a tubing string made up of
Известна установка для подъема нефти из скважины, содержащая плунжер, устьевой сальник, установленный на входе трубы скважины, основание, барабан, установленный на нем с возможностью его вращения от реверсного привода, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером (авт.св. СССР N 628292, кл. Е 21 В 43/00, 1978). A known installation for lifting oil from a well, containing a plunger, wellhead seal installed at the inlet of the well pipe, a base, a drum mounted on it with the possibility of rotation from a reverse drive, a tape spirally wound on the drum, attached at one end to it and the other passed through a wellhead seal connected to a plunger (ed. St. USSR N 628292, class E 21 B 43/00, 1978).
В этом техническом решении лента в трубе скважины закручена вокруг своей продольной оси посредством установленного в ее нижней части турбинного колеса для снятия боковой кромки ленты парафина, осевшего на внутренней поверхности трубы. Установка дополнительно содержит направляющий ролик для фиксации вертикального положения ленты между устьевым сальником и направляющим роликом. Однако ограничения, присущие предыдущей установке, сохраняются, так как происходят многократные в течение каждого цикла движения плунжера изгибы ленты на барабане и направляющем ролике. Так за один цикл перемещения плунжера вверх и вниз лента, проходя через направляющие ролик и барабан, изгибается и разгибается шесть раз. Осевые напряжения, связанные с растяжением ленты от осевой нагрузки и трением ее боковых кромок о внутреннюю поверхность трубы скважины, возрастают. Кроме того, для удаления парафина приходится использовать ленту из достаточно жесткого материала, например из стали. In this technical solution, the tape in the well pipe is twisted around its longitudinal axis by means of a turbine wheel installed in its lower part to remove the lateral edge of the paraffin tape that has settled on the inner surface of the pipe. The installation further comprises a guide roller for fixing the vertical position of the tape between the wellhead seal and the guide roller. However, the limitations inherent in the previous installation remain, since there are repeated bends of the tape on the drum and the guide roller during each cycle of the plunger movement. So in one cycle of moving the plunger up and down, the tape, passing through the guides of the roller and drum, bends and unbends six times. Axial stresses associated with the stretching of the tape from the axial load and the friction of its lateral edges against the inner surface of the well pipe increase. In addition, to remove paraffin, it is necessary to use a tape of a sufficiently rigid material, for example, steel.
Известно также нефтяное скважинное оборудование и откачивающее устройство (патент США N 4416329, кл. Е 21 В 17/00, 1983). Oil well equipment and a pumping device are also known (US Pat. No. 4,416,329, class E 21
В этом техническом решении установка для подъема жидкости из скважины содержит плунжер, устьевой сальник, предназначенный для установки на входе трубы скважины, основание, раму, установленную на нем, барабан, установленный на раме с возможностью его вращения вокруг оси вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, предназначенным для размещения его в трубе скважины, реверсный привод, связанный с барабаном с возможностью разматывания и наматывания на него ленты. In this technical solution, a device for lifting liquid from a well comprises a plunger, a wellhead seal intended for installation at the inlet of the well pipe, a base, a frame mounted on it, a drum mounted on the frame with the possibility of rotation around the axis of rotation, a tape spirally wound on a drum mounted on it with one end and the other through a wellhead seal connected to a plunger intended to be placed in the well pipe, a reverse drive connected to the drum with the possibility of unwinding niya and winding tape on it.
Для поддержания вертикального положения ленты над устьевым сальником в этом техническом решении использована направляющая деталь в виде изогнутого желоба, выполняющая ту же функцию, что и ролик в техническом решении по указанному авт. св. СССР N 628292 со всеми присущими упомянутыми ограничениями. Так в одном из вариантов выполнения этого изобретения для уменьшения воздействия устьевого сальника на ленту она прикрепляется к полированному стержню, который размещается в устьевом сальнике. Однако этот вариант применим только для небольшого хода плунжера в трубе скважины от качающегося привода. В случае же использования этого технического решения в длинноходовых глубиннонасосных установках, в которых лента соприкасается с устьевым сальником, отрицательное воздействие устьевого сальника на ленту и ленты на него сохраняется. Применение изогнутого желоба в качестве направляющей детали, а не направляющего ролика, приводит к дополнительному износу ленты за счет возникающего трения скольжения, которое для большинства материалов больше, чем трение качения. To maintain the vertical position of the tape above the wellhead gland, this technical solution uses a guide part in the form of a curved trough that performs the same function as the roller in the technical solution for the specified author. St. USSR N 628292 with all the inherent limitations mentioned. So in one embodiment of this invention to reduce the impact of the wellhead seal on the tape, it is attached to a polished rod, which is placed in the wellhead seal. However, this option is applicable only for a small stroke of the plunger in the well pipe from the oscillating drive. In the case of using this technical solution in long-running deep pump installations in which the tape is in contact with the wellhead gland, the negative effect of the wellhead gland on the tape and the tape on it remains. The use of a curved trough as a guide part, rather than a guide roller, leads to additional wear of the tape due to the sliding friction that is more than rolling friction for most materials.
Скважинный насос в устройстве по патенту США N 4416329 содержит плунжер, который установлен внутри насосно-компрессорной трубы скважины, и его наружная поверхность выполнена цилиндрической. The downhole pump in the device according to US patent N 4416329 contains a plunger that is installed inside the tubing of the well, and its outer surface is cylindrical.
При использовании такого плунжера в глубиннонасосных установках с большой длиной хода плунжера, как описывалось выше, резко возрастают осевые нагрузки на ленту из-за несоосности отдельных подсоединяемых труб и их эллиптичности. When using such a plunger in deep pump installations with a long stroke of the plunger, as described above, the axial loads on the belt sharply increase due to the misalignment of individual connected pipes and their ellipticity.
Известен способ подъема жидкости из скважины, включающий разматывание и наматывание ленты на барабан, один конец которой соединяют с плунжером, а другой закрепляют на барабане, при этом плунжер устанавливают в трубе скважины, а ленту пропускают через устье скважины, и при разматывании-наматывании ленты на барабан плунжеру сообщают по меньшей мере один цикл хода плунжера в трубе скважины вниз и вверх или вверх и вниз, соответствующие разматыванию и наматыванию ленты на барабан (патент США N 4416329, кл. Е 21 В 17/00, 1983). A known method of lifting fluid from a well, including unwinding and winding the tape onto the drum, one end of which is connected to the plunger and the other fixed to the drum, the plunger being installed in the well pipe and the tape passed through the wellhead, and when unwinding-winding the tape onto the drum is informed to the plunger at least one cycle of the plunger stroke in the borehole pipe up and up or up and down, corresponding to unwinding and winding the tape onto the drum (US Pat. No. 4,416,329, class E 21
Работа указанной известной установки и всех других характеризуется одинаковыми параметрами перемещения плунжера, в частности одинаковыми скоростями движения плунжера в одном цикле его перемещения - вверх и вниз (или вниз и вверх). Вместе с тем режимы перемещения плунжера также влияют на надежность работы установки, ее производительность, и при определенных режимах перемещения плунжера возможен более длительный временный ресурс наработки установки без замены ленты. The operation of this known installation and all others is characterized by the same parameters for the movement of the plunger, in particular the same speeds of movement of the plunger in one cycle of its movement - up and down (or down and up). At the same time, the modes of movement of the plunger also affect the reliability of the installation, its performance, and with certain modes of movement of the plunger, a longer temporary operating time of the installation is possible without replacing the tape.
Известен скважинный насос, содержащий цилиндр, приемный клапан, установленный на нем, плунжер, установленный внутри цилиндра, выполненный полым с кольцевой канавкой на его наружной поверхности, обращенной к цилиндру, нагнетательный клапан, установленный на плунжере, по меньшей мере три плашки, установленные по радиусам в кольцевой канавке плунжера с образованием продольных зазоров между ними, пружину, установленную в кольцевой канавке между обращенной к оси плунжера поверхностью плашек и наружной цилиндрической поверхностью кольцевой канавки с возможностью радиального перемещения плашек, причем каждая из плашек выполнена с радиальной и осевой полками, а их обращенная к цилиндру поверхность выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра, по меньшей мере три накладки, установленные с образованием продольных зазоров между ними на радиальных и осевых полках соседних по радиусу плашек с возможностью перекрытия продольных зазоров между плашками, причем часть обращенной к цилиндру наружной поверхности накладок выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра, и эта часть в плоскостях сопряжения ее с соседними по радиусу плашками выполнена совпадающей с наружными обращенными к цилиндру поверхностями этих плашек, причем противоположные радиальным полкам плашек торцы накладок и плашек расположены в одной радиальной плоскости, а накладки установлены на плашках с возможностью их перемещения в радиальном направлении и подпружинены через плашки к внутренней поверхности цилиндра (патент РФ N 2044162, кл. F 04 В 53/02, 1995). A well pump is known, comprising a cylinder, a receiving valve mounted on it, a plunger installed inside the cylinder, made hollow with an annular groove on its outer surface facing the cylinder, a pressure valve installed on the plunger, at least three dies installed along radii in the annular groove of the plunger with the formation of longitudinal gaps between them, a spring installed in the annular groove between the surface of the dies facing the axis of the plunger and the outer cylindrical surface of the annular grooves with the possibility of radial movement of the dies, each of the dies made with radial and axial shelves, and their surface facing the cylinder is made with a curvature equal to the curvature of the inner diameter of the cylinder, at least three pads installed with the formation of longitudinal gaps between them on the radial and axial shelves of radially adjacent dies with the possibility of overlapping longitudinal gaps between the dies, and a part of the outer surface of the plates facing the cylinder is made with a curvature equal to the curvatures e of the inner diameter of the cylinder, and this part in the planes of its conjugation with dies neighboring in radius is made coincident with the outer surfaces of the dies facing the cylinder, the ends of the plates and dies opposite the radial shelves of the dies are located in the same radial plane, and the overlays are mounted on the dies with the possibility of their movement in the radial direction and spring-loaded through the dies to the inner surface of the cylinder (RF patent N 2044162, cl. F 04
Этот насос предназначен для размещения в насосно-компрессорной трубе скважины вместе со своим собственным цилиндром и не может быть использован при установке плунжера без цилиндра непосредственно в насосно-компрессорную трубу, так как при перемещении в ней плунжера вверх-вниз на ее неоднородностях, таких как несоосность, эллиптичность, происходит нарушение герметичности между накладками, плашками и внутренней поверхностью трубы и, кроме того, при вытаскивании плунжера из цилиндра происходит выпадение плашек и накладок из кольцевой канавки. Основным ограничением использования такого плунжера непосредственно в насосно-компрессорной трубе являются высокие значения осевых нагрузок, передаваемых от плунжера ленте, которые возникают при соприкосновении накладок и плашек с неоднородностями при движении плунжера вверх и вниз, в результате чего осевые напряжения на ленте возрастают и динамические нагрузки носят скачкообразный характер, изменяющий плавное перемещение плунжера и приводящий к износу ленты. This pump is designed to be placed in the tubing of the well together with its own cylinder and cannot be used when installing the plunger without a cylinder directly into the tubing, since when moving the plunger up and down in it on its inhomogeneities, such as misalignment , ellipticity, leakage occurs between the linings, dies and the inner surface of the pipe and, in addition, when pulling the plunger out of the cylinder, the dies and linings fall out of the annular ring forever. The main limitation of the use of such a plunger directly in the tubing is the high axial loads transmitted from the plunger to the tape, which occur when the pads and rams come into contact with inhomogeneities when the plunger moves up and down, as a result of which the axial stresses on the tape increase and dynamic loads are spasmodic nature, changing the smooth movement of the plunger and leading to wear of the tape.
Известен также гидропривод скважинно-насосной установки, содержащий гидромотор, кинематически связанный с барабаном, соединенным посредством ленты с плунжером скважинного насоса и гидравлически - с регулируемым гидронасосом с возможностью образования замкнутой гидросистемы, и систему управления, имеющую управляемый трехпозиционный двухлинейный гидрораспределитель с положениями ПРЯМОЙ ХОД, НЕЙТРАЛЬ и РЕВЕРС, причем элементы управления упомянутого гидрораспределителя связаны с датчиками оборотов барабана (авт.св. СССР N 314733, кл. В 66 D 1/08, 1969). Also known is a hydraulic drive of a well pump installation containing a hydraulic motor kinematically connected to a drum connected by means of a tape to a plunger of the well pump and hydraulically to an adjustable hydraulic pump with the possibility of forming a closed hydraulic system, and a control system having a controlled three-position two-line directional control valve with DIRECT STROKE, NEUTRAL and REVERSE, moreover, the control elements of the said control valve are connected with drum speed sensors (ed. St. USSR N 314733, class B 66
Ограничением этого гидропривода является недостаточная его надежность при функционировании в автоматическом режиме ввиду невозможности обеспечения регулирования режимов работы регулируемого гидронасоса в зависимости от степени натяжения ленты как в режиме движения плунжера скважинного насоса вверх, так и при движении его вниз. Степень натяжения ленты обусловлена изменением различных внешних факторов, воздействующих на плунжер скважинного насоса. A limitation of this hydraulic actuator is its insufficient reliability when operating in automatic mode due to the impossibility of regulating the operation of an adjustable hydraulic pump depending on the degree of belt tension both in the mode of movement of the plunger of the borehole pump up and down. The degree of tape tension is due to a change in various external factors affecting the plunger of the well pump.
Задача изобретения - повышение надежности, увеличение временного ресурса работы, повышение безопасности эксплуатации. The objective of the invention is to increase reliability, increase the temporary resource of work, increase the safety of operation.
Технический результат, который может быть получен при решении задачи в части установки, - повышение долговечности ленты за счет уменьшения изгибающих и осевых напряжений. The technical result that can be obtained when solving the problem in terms of installation is to increase the durability of the tape by reducing bending and axial stresses.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого способа, - повышение производительности при уменьшении на ленту динамических нагрузок. The technical result that can be obtained by implementing the proposed method is to increase productivity while reducing dynamic loads on the tape.
Технический результат который может быть получен при решении задачи в части скважинного насоса, - повышение герметичности между плунжером и насосно-компрессорной трубой при уменьшении осевых напряжений и динамических нагрузок ленты. The technical result that can be obtained when solving the problem in terms of the borehole pump is to increase the tightness between the plunger and the tubing while reducing axial stresses and dynamic loads of the tape.
Технический результат, который может быть получен при решении задачи в части гидропривода, - обеспечение регулирования режимов реверсивного регулируемого гидронасоса и гидромотора привода с намотанной гибкой лентой в зависимости от степени ее натяжения. The technical result that can be obtained when solving the problem in terms of hydraulic drive is to provide regulation of the modes of the reversible adjustable hydraulic pump and the hydraulic motor of the drive with a flexible tape wound, depending on the degree of tension.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной установке для подъема жидкости из скважины, содержащей плунжер, устьевой сальник, предназначенный для установки на входе трубы скважины, основание, раму, установленную на нем, барабан, установленный на раме с возможностью его вращения вокруг оси вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, предназначенным для размещения его в трубе скважины, реверсный привод, связанный с барабаном с возможностью разматывания и наматывания на него ленты, согласно изобретению основание снабжено направляющими, а рама выполнена с возможностью ее перемещения по ним и с возможностью одновременного перемещения оси вращения барабана в поперечном направлении относительно вертикали при разматывании или наматывании ленты на барабан для поддержания вертикального положения ленты на участке между устьевым сальником и местом ее схода с барабана при разматывании с него ленты и для поддержания вертикального положения ленты на участке между устьевым сальником и местом ее захода на барабан при наматывании на него ленты. To solve the problem with the achievement of the specified technical result in a known installation for lifting fluid from a well containing a plunger, a wellhead seal intended for installation at the inlet of a well pipe, a base, a frame mounted on it, a drum mounted on the frame with the possibility of rotation around axis of rotation, a tape spirally wound on a drum, one end fixed on it, and the other passed through a wellhead seal connected to a plunger designed to be placed in a squeegee tube according to the invention, the base is equipped with guides, and the frame is made with the possibility of its movement along them and with the possibility of simultaneous movement of the axis of rotation of the drum in the transverse direction relative to the vertical when unwinding or winding the tape on the drum to maintain the vertical position of the tape in the area between the wellhead seal and the place of its exit from the drum when unwinding the tape from it and to maintain vertical the position of the tape in the area between the wellhead seal and the place of its entry onto the drum when the tape is wound on it.
Возможны дополнительные варианты выполнения установки, в которых целесообразно, чтобы:
длина S хода плунжера в трубе скважины была выбрана не более величины, полученной из математического выражения:
где Dcp - средний диаметр намотки ленты на барабан от начального диаметра Dmin до конечного диаметра Dmax, равный (Dmin + Dmax)/2;
Н - высота от устьевого сальника до места схода-захода ленты на барабан;
Е - модуль упругости материала ленты;
σраст - напряжение ленты от ее растяжения;
[σ] - допускаемое напряжение для ленты, работающей при циклических нагрузках;
δ - толщина ленты;
рама была снабжена колесами, направляющие были выполнены в виде рельсов, и колеса были установлены на рельсах;
рама была снабжена колесами, направляющие были бы выполнены в виде желобов, и колеса установлены в желобах;
при длине S хода плунжера в трубе скважины больше величины, полученной из математического выражения
было введено устройство фиксации вертикального положения ленты, которое было бы выполнено с возможностью сохранения перемещения оси вращения барабана в поперечном направлении для упомянутого поддержания вертикального положения ленты и с возможностью ограничения перемещения оси вращения барабана при совмещении упомянутого вертикального положения ленты с вертикальной осью устьевого сальника;
устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из стойки с роликом, предназначенным для размещения его над трубой скважины так, что вертикальная касательная окружности ролика совмещена с вертикальной осью устьевого сальника и с вертикальной касательной окружности барабана, расположенной в месте схода-захода ленты на барабан, а направляющие установлены под углом к вертикали с возможностью перемещения рамы под действием сил тяжести к вертикальной оси устьевого сальника;
направляющие были установлены с возможностью изменения упомянутого угла;
рама была снабжена колесами, направляющие выполнены в виде рельсов, и колеса установлены на них, введены прокладки, предназначенные для установки между основанием и рельсами;
рама была снабжена колесами, направляющие выполнены в виде желобов, и колеса установлены в желобах, введены прокладки или домкрат, предназначенные для установки между основанием и его опорой для изменения угла основания к горизонтали;
устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из стойки с роликом, предназначенным для размещения его над трубой скважины так, что вертикальная касательная окружности ролика совмещена с вертикальной осью устьевого сальника и с вертикальной касательной окружности барабана, расположенной в месте схода-захода ленты на барабан, направляющие установлены под прямым углом к вертикали, введены груз, блок, установленный на основании, и гибкий элемент, причем один конец гибкого элемента закреплен на раме, а другой через блок соединен с грузом, рама выполнена с возможностью перемещения к вертикальной оси устьевого сальника под действием тяжести груза;
рама была снабжена колесами, установленными на направляющих, устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из редуктора, кинематически связывающего вал барабана с осями колес с возможностью вращения их и барабана в одном направлении, причем передаточное число i редуктора выбрано из соотношения
i = πd/δ,
где i - отношение частоты вращения барабана к частоте вращения колеса;
d - диаметр колеса;
δ - толщина ленты;
реверсный привод был выполнен гидравлическим из гидромотора и насосной станции, связанными между собой шлангами, при этом гидромотор был бы установлен на раме, а насосная станция за пределами рамы;
реверсный привод был выполнен регулируемым с возможностью изменения скорости разматывания или наматывания ленты на барабан для изменения скорости движения плунжера в трубе скважины при перемещении его вниз или для изменения скорости движения плунжера при перемещении его вверх к устьевому сальнику.Additional installation options are possible, in which it is advisable that:
the length S of the stroke of the plunger in the well pipe was selected no more than the value obtained from the mathematical expression:
where D cp is the average diameter of the tape winding on the drum from the initial diameter D min to the final diameter D max equal to (D min + D max ) / 2;
N is the height from the wellhead seal to the place of descent of the tape on the drum;
E is the elastic modulus of the tape material;
σ rast - the tension of the tape from its stretching;
[σ] is the allowable stress for a tape operating under cyclic loads;
δ is the thickness of the tape;
the frame was equipped with wheels, the guides were made in the form of rails, and the wheels were mounted on rails;
the frame was equipped with wheels, the guides would be made in the form of gutters, and the wheels are installed in the gutters;
when the length S of the stroke of the plunger in the well pipe is greater than the value obtained from the mathematical expression
a device for fixing the vertical position of the tape was introduced, which would be able to preserve the movement of the axis of rotation of the drum in the transverse direction for maintaining the vertical position of the tape and with the possibility of restricting the movement of the axis of rotation of the drum when combining the above vertical position of the tape with the vertical axis of the wellhead seal
the device for fixing the vertical position of the tape was made of a rack with a roller designed to be placed above the well pipe so that the vertical tangent of the circumference of the roller is aligned with the vertical axis of the wellhead stuffing box and with the vertical tangent of the circumference of the drum located at the place where the tape went to the drum, and guides are installed at an angle to the vertical with the possibility of moving the frame under the action of gravity to the vertical axis of the wellhead seal;
guides were installed with the possibility of changing the said angle;
the frame was equipped with wheels, the guides are made in the form of rails, and the wheels are mounted on them, gaskets designed for installation between the base and the rails are introduced;
the frame was equipped with wheels, the guides were made in the form of gutters, and the wheels were installed in the gutters, gaskets or a jack were introduced to be installed between the base and its support to change the angle of the base to the horizontal;
The device for fixing the vertical position of the tape was made of a rack with a roller designed to be placed above the well pipe so that the vertical tangent of the circumference of the roller is aligned with the vertical axis of the wellhead seal and with the vertical tangent of the circumference of the drum located at the place of the approach of the tape to the drum, guides installed at right angles to the vertical, introduced the load, the block mounted on the base, and a flexible element, with one end of the flexible element mounted on the frame, and the other through the block with It is connected with the load, the frame is made with the ability to move to the vertical axis of the wellhead seal under the influence of the load’s gravity;
the frame was equipped with wheels mounted on guides, the device for fixing the vertical position of the tape was made of a gearbox kinematically connecting the drum shaft with the axles of the wheels with the possibility of rotation of them and the drum in one direction, and the gear ratio i of the gearbox was selected from the ratio
i = πd / δ,
where i is the ratio of the frequency of rotation of the drum to the frequency of rotation of the wheel;
d is the diameter of the wheel;
δ is the thickness of the tape;
the reverse drive was made hydraulic from a hydraulic motor and a pump station, interconnected by hoses, while the hydraulic motor would be mounted on the frame, and the pump station outside the frame;
the reverse drive was made adjustable with the ability to change the speed of unwinding or winding the tape onto the drum to change the speed of the plunger in the well pipe when moving it down or to change the speed of the plunger when moving it up to the wellhead seal.
Для решения поставленной задачи в известном способе подъема жидкости из скважины, включающем разматывание и наматывание ленты на барабан, один конец которой соединяют с плунжером, а другой закрепляют на барабане, при этом плунжер устанавливают в трубе скважины, а ленту пропускают через устье скважины, и при разматывании наматывании ленты на барабан плунжеру сообщают по меньшей мере один цикл хода плунжера в трубе скважины вниз и вверх или вверх и вниз, соответствующие разматыванию и наматыванию ленты на барабан, согласно изобретению при разматывании и наматывании ленты на барабан ее заставляют занимать вертикальное положение на участке между устьем скважины и местом схода-захода ленты на барабан, причем изменяют скорость движения плунжера при его ходе вниз и изменяют скорость движения плунжера при его ходе вверх в по меньшей мере одном цикле. To solve the problem in a known method of lifting fluid from a well, including unwinding and winding the tape onto a drum, one end of which is connected to the plunger and the other is fixed to the drum, the plunger is installed in the well pipe and the tape is passed through the wellhead, and at least unwinding the winding of the tape on the drum, the plunger is informed of at least one cycle of the plunger stroke in the well pipe up and up or up and down, corresponding to the unwinding and winding of the tape on the drum, according to the invention, unwinding and winding the tape onto the drum, it is forced to occupy a vertical position in the area between the wellhead and the place where the tape descends to the drum, and the plunger moves at its downward speed and the plunger moves at upward speed in at least one cycle.
Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы:
ход плунжера вверх производили бы с большей максимальной скоростью, чем при его ходе вниз;
ход плунжера вниз производили бы с таким ускорением в начале его хода, при котором приращение скорости не превышает среднюю скорость движения плунжера;
ход плунжера вверх производили с таким ускорением в начале его хода и с таким торможением в конце его хода, которые меньше, чем при синусоидальном законе движения плунжера;
выбирали глубину хода плунжера вниз с его заходом за динамический уровень жидкости в скважине и ход плунжера вниз производили бы с большей скоростью, чем при входе плунжера в жидкость, при этом скорость движения плунжера в жидкости выбирали бы меньшей или равной скорости свободного падения плунжера в упомянутой жидкости;
между каждым из циклом хода плунжера вниз-вверх выдерживали бы временную паузу;
изменяли длину хода плунжера в одном цикле относительно другого цикла;
плунжер опускали вниз на большую длину его хода в трубе скважины, производили бы по меньшей мере один цикл хода плунжера вверх-вниз от большой глубины хода плунжера до выбранной промежуточной длины, затем поднимали плунжер вверх выше выбранной промежуточной длины и производили бы по меньшей мере один цикл хода плунжера вниз-вверх с длиной хода плунжера большей, чем выбранная промежуточная длина;
при подъеме парафиносодержащей жидкости плунжер опускали вниз на длину хода в трубе скважины большую, чем глубина отложения парафина, производили бы последовательные циклы хода плунжера вверх-вниз на глубине большей, чем глубина отложения парафина, а затем плунжер поднимали бы вверх до устья трубы скважины для удаления парафина.There are additional options for implementing the method, in which it is advisable that:
the plunger would move upward at a higher maximum speed than when it moved downward;
the plunger would move downward with such acceleration at the beginning of its stroke at which the increment of speed does not exceed the average speed of the plunger;
upward movement of the plunger was performed with such acceleration at the beginning of its stroke and with such braking at the end of its stroke, which are less than with the sinusoidal law of movement of the plunger;
the depth of the plunger stroke was chosen with its approach beyond the dynamic level of the fluid in the well and the plunger stroke down would be performed at a higher speed than when the plunger entered the fluid, while the speed of the plunger in the fluid would be less than or equal to the free fall rate of the plunger in the fluid ;
between each of the plunger down-up stroke cycles, a temporary pause would be maintained;
changing the stroke length of the plunger in one cycle relative to another cycle;
the plunger was lowered down over a large length of its stroke in the well pipe, at least one plunger stroke cycle was performed up and down from a large plunger stroke depth to a selected intermediate length, then the plunger was raised up above the selected intermediate length and at least one cycle was performed plunger stroke up and down with a plunger stroke length greater than the selected intermediate length;
when raising paraffin-containing fluid, the plunger was lowered down by a stroke length in the well pipe greater than the depth of deposition of paraffin, sequential cycles of the plunger stroke were made up and down at a depth greater than the depth of deposition of paraffin, and then the plunger would be lifted up to the mouth of the well pipe to remove paraffin wax.
Для решения поставленной задачи в известном скважинном насосе, содержащем цилиндр, приемный клапан, установленный на нем, плунжер, установленный внутри цилиндра, выполненный полым с кольцевой канавкой на его наружной поверхности, обращенной к цилиндру, нагнетательный клапан, установленный на плунжере, по меньшей мере три плашки, установленные по радиусам в кольцевой канавке плунжера с образованием продольных зазоров между ними, пружину, установленную в кольцевой канавке между обращенной к оси плунжера поверхностью плашек и наружной цилиндрической поверхностью кольцевой канавки с возможностью радиального перемещения плашек, причем каждая из плашек выполнена с радиальной и осевой полками, а их обращенная к цилиндру поверхность выполнена с кривизной, равной кривизне внутренней поверхности цилиндра, по меньшей мере три накладки, установленные с образованием продольных зазоров между ними на радиальных и осевых полках соседних по радиусу плашек с возможностью перекрытия продольных зазоров между плашками, причем часть обращенной к цилиндру наружной поверхности накладок выполнена с кривизной, равной кривизне внутренней поверхности цилиндра, и эта часть в плоскостях сопряжения ее с соседними по радиусу плашками выполнена совпадающей с наружными обращенными к цилиндру поверхностями этих плашек, причем противоположные радиальным полкам плашек торцы накладок и плашек расположены в одной радиальной плоскости, а накладки установлены на плашках с возможностью их перемещения в радиальном направлении и подпружинены через плашки к внутренней поверхности цилиндра, согласно изобретению плунжер предназначен для установки внутри насосно-компрессорной трубы скважины, которая служит его цилиндром, введены втулки, установленные на плунжере и выполненные [-образного продольного сечения с образованием козырька в виде кольца, диаметр наружной поверхности втулок выбран меньшим, чем диаметр обращенной к цилиндру наружной поверхности, образованной всеми соседними по радиусу плашками и накладками, каждая из плашек выполнена ┴-образного продольного сечения, а втулки установлены с противоположных торцов плашек и их козырьки в продольном направлении направлены друг к другу, каждая из накладок вдоль продольной оси выполнена ├┤-образной формы и установлена с заступом ее радиальных частей на радиальные и осевые полки ┴-образной плашки, а продольная часть ├┤-образной накладки размещена в продольном зазоре между плашками, каждая из накладок выполнена с уступом, который установлен внутри кольца козырька втулки с осевым зазором между его торцом и радиальной частью втулки, а на наружной поверхности накладки, обращенной к цилиндру и козырьку втулки, выполнена фаска. To solve the problem in a well-known well pump containing a cylinder, a receiving valve mounted on it, a plunger installed inside the cylinder, made hollow with an annular groove on its outer surface facing the cylinder, a pressure valve installed on the plunger, at least three dies installed radially in the annular groove of the plunger with the formation of longitudinal gaps between them, a spring installed in the annular groove between the surface of the dies facing the axis of the plunger and the outer side an annular surface of the annular groove with the possibility of radial movement of the dies, each of the dies made with radial and axial shelves, and their surface facing the cylinder is made with a curvature equal to the curvature of the inner surface of the cylinder, at least three pads installed with the formation of longitudinal gaps between them on radial and axial shelves of radially adjacent dies with the possibility of overlapping longitudinal gaps between the dies, moreover, part of the outer surface of the invoice facing the cylinder made with a curvature equal to the curvature of the inner surface of the cylinder, and this part in the planes of its conjugation with dies neighboring in radius is made coincident with the outer surfaces of the dies facing the cylinder, the ends of the plates and dies opposite to the radial shelves of the dies are located in the same radial plane, and the lining mounted on the dies with the possibility of their movement in the radial direction and spring-loaded through the dies to the inner surface of the cylinder, according to the invention, the plunger is designed For installation inside the tubing of the well, which serves as its cylinder, bushings are introduced, mounted on the plunger and made of a [-shaped longitudinal section with the formation of a visor in the form of a ring, the diameter of the outer surface of the bushings is chosen smaller than the diameter of the outer surface facing the cylinder, formed all dies and pads adjacent in radius, each of the dies is made of a ┴-shaped longitudinal section, and the bushings are installed from opposite ends of the dies and their visors in the longitudinal direction directed to each other, each of the plates along the longitudinal axis is made ├┤-shaped and installed with the spacing of its radial parts on the radial and axial shelves of the ┴-shaped plate, and the longitudinal part of the ├┤-shaped plate is placed in the longitudinal gap between the plates, each of the pads is made with a ledge, which is installed inside the ring of the visor of the sleeve with an axial clearance between its end and the radial part of the sleeve, and a chamfer is made on the outer surface of the lining facing the cylinder and the visor of the sleeve.
Возможны дополнительные варианты выполнения скважинного насоса, в которых целесообразно чтобы:
плашки и накладки, подпружиненные своими пружинами, также были установлены последовательно вдоль продольной оси в одной кольцевой канавке плунжера и были выполнены идентично плашкам и накладкам, установленным по радиусам, была бы введена промежуточная втулка, установленная на кольцевой канавке плунжера и выполненная I - образного продольного сечения с образованием кольцевых козырьков, обращенных друг от друга противоположно, обращенные друг к другу уступы соседних вдоль продольной оси накладок были установлены внутри своих кольцевых козырьков промежуточной втулки с осевым зазором между их торцами уступов радиальной частью I-образной втулки, а на наружной поверхности каждой накладки, обращенной к цилиндру и кольцевому козырьку, была выполнена фаска;
был введен изогнутый штифт, один конец которого был закреплен внутри козырька [-образной втулки, а другой - на ее радиальной части, с одного торца накладки на ее продольной оси в уступе была выполнена прорезь, и изогнутый штифт был установлен в прорези уступа накладки;
был введен изогнутый штифт, один конец которого был закреплен внутри кольцевого козырька I-образной втулки, а другой - на ее радиальной части, с одного торца накладки на ее продольной оси в уступе была бы выполнена прорезь, и изогнутый штифт установлен в прорези уступа накладки.There are additional options for performing a well pump, in which it is advisable to:
dies and pads, spring-loaded with their springs, were also installed sequentially along the longitudinal axis in the same annular groove of the plunger and were made identical to the dies and pads installed along the radii, an intermediate sleeve would be inserted mounted on the annular groove of the plunger and made of I - shaped longitudinal section with the formation of annular visors facing each other oppositely, facing each other ledges adjacent to the longitudinal axis of the lining were installed inside their annular the visors of the intermediate sleeve with an axial clearance between their ends of the steps of the radial part of the I-shaped sleeve, and a chamfer was made on the outer surface of each lining facing the cylinder and the annular visor;
a curved pin was inserted, one end of which was fixed inside the visor of the [-shaped sleeve, and the other on its radial part, a slot was made from one end of the patch on its longitudinal axis in the ledge, and the curved pin was installed in the slot of the patch of the patch;
a curved pin was introduced, one end of which was fixed inside the annular visor of the I-shaped sleeve, and the other on its radial part, a slot would be made from one end of the patch on its longitudinal axis in the ledge, and the curved pin was installed in the slot of the slip of the patch.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном гидроприводе скважинно-насосной установки, содержащем гидромотор, кинематически связанный с барабаном, соединенным посредством ленты с плунжером скважинно-насосной установки и гидравлически - с регулируемым гидронасосом с возможностью образования замкнутой гидросистемы, и систему управления, имеющую управляемый трехпозиционный двухлинейный гидрораспределитель с положениями ПРЯМОЙ ХОД, НЕЙТРАЛЬ и РЕВЕРС, причем элементы управления упомянутого гидрораспределителя связаны с датчиками оборотов барабана, согласно изобретению он снабжен гидравлически управляемым тормозным механизмом, а регулируемый гидронасос выполнен реверсивным с механизмом изменения режимов, имеющим камеры управления, первая из которых сообщена с первым выходом упомянутого гидрораспределителя, а система управления снабжена гидронасосом, вход которого сообщен с гидробаком, а выход - через обратные клапаны с соответствующим входом реверсного гидронасоса и с первым входом упомянутого гидрораспределителя, второй вход которого сообщен с гидробаком, тремя сливными клапанами, выполненными гидравлически управляемыми с регуляторами давления, входы сливных клапанов сообщены с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы, а выходы - с гидробаком, при этом управляемые полости первого и второго сливных клапанов сообщены с гидробаком, а третьего - с камерой управления механизма изменения режимов реверсивного гидронасоса, другая камера которого сообщена с выходом упомянутого гидрораспределителя через регулируемый клапан давления, полость управления которого сообщена с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы, причем регуляторы давления сливных клапанов установлены, соответственно, первый - на давление, эквивалентное допустимой нагрузке для ленты, второй - на давление, соответствующее минимальной нагрузке, создаваемой при движении плунжера вверх, третий - на давление, соответствующее нагрузке, приложенной к ленте при движении плунжера вниз, при этом входы сливных клапанов сообщены с напорной гидролинией замкнутой системы, управляемые полости первого и второго сливных клапанов сообщены с гидробаком, а третьего - со второй камерой управления механизма изменения режимов реверсного гидронасоса, первая камера которого сообщена со вторым выходом упомянутого гидрораспределителя через регулируемый клапан давления, полость управления которого сообщена с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы и с выходом гидронасоса системы управления через клапан ИЛИ, при этом тормозной механизм гидравлически связан с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы с возможностью включения при уменьшении рабочего давления в напорной гидролинии. To solve the problem with achieving the specified technical result in the well-known hydraulic drive of a borehole pumping unit containing a hydraulic motor kinematically connected to a drum connected via a tape to the plunger of the borehole pumping unit and hydraulically with an adjustable hydraulic pump with the possibility of forming a closed hydraulic system, and a control system, having a controlled three-position two-way valve with the provisions of the DIRECT STROKE, NEUTRAL and REVERSE, with the controls mentioned According to the invention, it is equipped with a hydraulically controlled brake mechanism, and the adjustable hydraulic pump is made reversible with a mode changing mechanism having control chambers, the first of which is in communication with the first output of the said control valve, and the control system is equipped with a hydraulic pump, the input of which is communicated with a hydraulic tank, and the output is through check valves with the corresponding input of the reverse hydraulic pump and with the first input of the mentioned hydraulic distribution spruce, the second input of which is in communication with the hydraulic tank, three drain valves made hydraulically controlled with pressure regulators, the inlet of the drain valves communicates with the pressure hydraulic line of the closed hydraulic system, and the outputs - with the hydraulic tank, while the controlled cavities of the first and second drain valves communicate with the hydraulic tank, and the third - with a control chamber of the mechanism for changing the modes of the reversing hydraulic pump, another chamber of which is in communication with the output of the said control valve through an adjustable pressure valve, cavity the pressure of which is connected with the pressure hydraulic line of a closed hydraulic system, the pressure regulators of the drain valves being installed, respectively, the first is set to a pressure equivalent to the allowable load for the belt, the second to the pressure corresponding to the minimum load created when the plunger moves up, the third to the pressure corresponding to the load applied to the tape when the plunger moves downward, while the inlet of the drain valves are in communication with the pressure hydraulic line of the closed system, the controlled cavities of the first and second drain to the lapans are in communication with the hydraulic tank, and the third - with the second control chamber of the mechanism for changing the modes of the reverse hydraulic pump, the first chamber of which is connected to the second output of the control valve through an adjustable pressure valve, the control cavity of which is connected to the pressure hydraulic line of the closed hydraulic system and to the output of the hydraulic pump of the control system through the OR valve while the brake mechanism is hydraulically connected to the pressure hydraulic line of a closed hydraulic system with the possibility of inclusion with a decrease in working pressure eniya in the pressure line.
На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 - схема сил, действующих на раму; на фиг. 3 - наземная часть установки с устройством фиксации вертикального положения ленты посредством наклонных рельсов и направляющего ролика; на фиг. 4 - наземная часть установки с устройством фиксации вертикального положения ленты посредством блока, груза и направляющего ролика; на фиг. 5 - кинематическая схема устройства фиксации вертикального положения ленты посредством редуктора; на фиг. 6 - устройство скважинного насоса; на фиг. 7 - сечение А-А на фиг.6; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 6; на фиг. 9 - сечение С-С на фиг.6; на фиг. 10 - сечение D-D на фиг.9; на фиг. 11 - накладка; на фиг. 12 - плашка; на фиг. 13 - развертка наружной поверхности установленных плашек и накладок; на фиг. 14 - гидравлическая схема гидропривода. In FIG. 1 shows the installation, a General view; in FIG. 2 is a diagram of the forces acting on the frame; in FIG. 3 - the ground part of the installation with a device for fixing the vertical position of the tape by means of inclined rails and a guide roller; in FIG. 4 - the ground part of the installation with a device for fixing the vertical position of the tape by means of a block, a load and a guide roller; in FIG. 5 is a kinematic diagram of a device for fixing the vertical position of the tape by means of a gear; in FIG. 6 - device downhole pump; in FIG. 7 - section aa in Fig.6; in FIG. 8 is a section BB in FIG. 6; in FIG. 9 is a cross section CC in FIG. 6; in FIG. 10 is a cross-section D-D in Fig.9; in FIG. 11 - overlay; in FIG. 12 - die; in FIG. 13 - scan of the outer surface of the installed dies and pads; in FIG. 14 is a hydraulic diagram of a hydraulic actuator.
Установка для подъема жидкости из скважины (фиг.1), содержит плунжер 1, устьевой сальник 2, предназначенный для установки на входе трубы 3 скважины 4, основание 5, раму 6, установленную на нем, барабан 7, установленный на раме 6 с возможностью его вращения вокруг оси вращения. Лента 8, спирально намотанная на барабане 7, одним концом закреплена на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник 2, соединена с плунжером 1, размещенным в трубе 3 скважины 4. Реверсный привод, например выполненный из гидромотора 9 и насосной станции 10, связан с барабаном 7 с возможностью разматывания и наматывания на него ленты 8. Основание снабжено направляющими, например рельсами 11, а рама 6 выполнена с возможностью ее перемещения по ним и с возможностью одновременного перемещения оси вращения барабана 7 в поперечном направлении относительно вертикали при разматывании или наматывании ленты 8 на барабан 7. Installation for lifting fluid from the well (figure 1), contains a
При перемещении плунжера 1 на некоторую определенную длину его хода в трубе 3 скважины 4 перемещение рамы 6 направлено на поддержание вертикального положения ленты 8 на участке между устьевым сальником 2 и местом М ее схода с барабана 7 при разматывании с него ленты 8 и для поддержания вертикального положения ленты 8 на участке между устьевым сальником 2 и местом М ее захода на барабан 7 при наматывании на него ленты 8. When moving the
На фиг. 1 также схематично показаны: вертикальная ось 0, проходящая через устьевой сальник 2, колеса 12, которыми может быть снабжена рама 6, приемный клапан 13, установленный на конце трубы 3, шланги 14 высокого давления для связи гидромотора 9 с насосной станцией 10. In FIG. 1 also schematically shows: the
Работает установка следующим образом. The installation works as follows.
При отклонении ленты 8 от вертикальной оси 0, проходящей через сальник 2, на угол α при ходе плунжера 1 вниз, возникает сила Р1, заставляющая раму 6 перемещаться к устью скважины 4. При образовании угла β возникает сила Р2, заставляющая раму перемещаться от устья скважины 4. Таким образом, обе эти силы Р1 и Р2, воздействуя на раму 6, стремятся восстановить вертикальность и прямолинейность ленты. Поэтому достаточно снабдить основание 5 каким-либо направляющими, обеспечивающими возможность перемещения связанного с рамой 6 барабана 7 в поперечном направлении относительно вертикальной оси 0, чтобы за счет воздействия на барабан нагруженной плунжером 1 ленты 8 обеспечить ее перемещение к вертикальной оси 0.When the
В общем случае направляющие могут быть выполнены любой известной конструкции. Например (фиг.1), если основание 5 выполнено в виде опор, то рама 6 может быть снабжена колесами 12, направляющие могут быть выполнены в виде рельсов 11, и колеса 12 установлены на них. In the General case, the guides can be made of any known design. For example (Fig. 1), if the
Если основание 5 выполнено в виде платформы, как по патенту США N 4416329, то колеса 12 могут быть установлены в выполненных в ней желобах (на фиг.1 не показано). If the
Целесообразно использовать колеса 12 для уменьшения сил трения, а массу рамы 6 и размещенного на ней оборудования желательно выбрать минимальной, чтобы снизить силы Р1 и Р2, необходимые для перемещения рамы 6.It is advisable to use
Использование установки (фиг. 1) приводит к возникновению изгибающих напряжений в ленте 8. Чем меньше будет длина S хода плунжера 1, тем меньше будут изгибающие напряжения. В установке с длиной S хода плунжера 180 м грузоподъемностью до 3000 кг изгибающие напряжения в стальной ленте не превышают 10% от допустимых, и она может быть использована на скважинах 4 с высотой подъема жидкости до 500 м и дебитом 25 т/сут. Using the installation (Fig. 1) leads to the occurrence of bending stresses in the
Для таких установок (фиг. 1,2) длина S хода плунжера 1 в трубе 3 скважины 4 должна быть выбрана не более величины, полученной из математического выражения
где Dср - средний диаметр намотки ленты 8 на барабан 7 от начального диаметра Dmin до конечного диаметра Dmax, равный (Dmin + Dmax)/2;
Н - высота от устьевого сальника до места М схода-захода ленты 8 на барабан 7;
Е - модуль упругости материала ленты 8;
σраст - напряжение в ленте 8 от ее растяжения;
[σ] - допускаемое напряжение для ленты 8, работающей при циклических нагрузках;
δ - толщина ленты 8.For such installations (Fig. 1,2), the stroke length S of the
where D cf - the average diameter of the winding of the
H is the height from the wellhead seal to the place M of the descent-approach of the
E is the elastic modulus of the material of the
σ rast - stress in the
[σ] is the allowable stress for the
δ is the thickness of the
Это математическое выражение получено из условия, что суммарные напряжения в ленте 8 от растяжения и изгиба должны быть меньше, чем допускаемое напряжение [σ] для ленты 8, работающей при циклических нагрузках в данной окружающей среде. This mathematical expression is obtained from the condition that the total stresses in the
Так, для силы растяжения стальной ленты N = 3500 кг, ширине стальной ленты 8b = 4,5 см, ее толщине δ = 0,35 см, Dср = 200 см, Н = 200 см, = 3360 кг/см2, Е = 2,1х106 кг/см2, получим σраст= N/bxσ = 2222 кг/см2, и допустимая длина S хода плунжера 1 - S ≤ 122,6 м.So, for the tensile strength of the steel strip N = 3500 kg, the width of the steel strip 8b = 4.5 cm, its thickness δ = 0.35 cm, D cf = 200 cm, N = 200 cm, = 3360 kg / cm 2 , E = 2.1x10 6 kg / cm 2 , we obtain σ rast = N / bxσ = 2222 kg / cm 2 , and the permissible length S of the stroke of the
При длине S хода плунжера 1 большей, чем 122,6 м, суммарные напряжения в стальной ленте 8 при указанных условиях эксплуатации превышают допустимые, что требует во избежание порчи ленты 8 или ее обрыва применения специального устройства, удерживающего точку М схода-захода ленты 8 на барабан 7 на вертикальной оси 0. When the length S of the stroke of the
Такие устройства фиксации вертикального положения ленты 8 на вертикальной оси 0, проходящей через устьевой сальник 2, могут быть выполнены различным образом. Such devices for fixing the vertical position of the
Устройство (фиг.3) фиксации вертикального положения ленты 8 выполнено из стойки 15 с роликом 16, предназначенным для размещения его над трубой 3 скважины 4 (фиг. 1) так, что вертикальная касательная окружности ролика 16 совмещена с вертикальной осью 0 устьевого сальника 2 и с вертикальной касательной окружности барабана 7, расположенной в месте М схода-захода ленты 8 на барабан 7, а направляющие установлены под углом к вертикали с возможностью перемещения рамы 6 под действием сил тяжести к вертикальной оси 0 устьевого сальника 2. The device (Fig. 3) for fixing the vertical position of the
В этом варианте рама 6 может быть снабжена колесами 12, направляющие выполнены в виде рельсов 11, и колеса 12 установлены на рельсах 11. Могут быть введены прокладки 17, предназначенные для установки между основанием 5 и рельсами 11. Изменяя количество прокладок 17, можно изменять угол наклона γ рельсов 11 и горизонтали, и соответственно наклон рельсов к вертикальной оси 0. In this embodiment, the
В случае выполнения основания 5 в виде платформы (на фиг. 3 не показано), как по патенту США N 4416329, направляющие могут быть выполнены в виде желобов, и колеса 12 установлены в желобах. В этом случае могут быть введены прокладки или различные домкратные приспособления, предназначенные для установки между основанием и его опорой, например, земной поверхностью, для изменения угла основания к горизонтали. In the case of the
Величина угла γ подбирается (фиг.3) с помощью набора прокладок 17 так, чтобы обеспечивалось подкатывание рамы 6 к устью скважины 4 с минимальной силой прижатия барабана 7 к направляющему ролику 16. Минимальная сила прижатия возникает в случае, когда горизонтальная компонента полной силы тяжести оборудования с рамой 6 равна силам сопротивления ее качению, включая максимально возможную встречную ветровую нагрузку, трение в подшипниках колес 12 и пр. Практически величина угла γ находится в пределах 1-3o, при котором сила прижатия барабана 7 в месте М контакта ленты 8 с роликом 16 не превышает 300 кг. Во время работы установки с длиной хода S плунжера 100-150 м место М контакта перемещается по высоте в пределах 1-3 мм, что практически не сказывается на изгибе ленты 8.The angle γ is selected (Fig. 3) using a set of
Устройство (фиг. 4) фиксации вертикального положения ленты может быть также выполнено из стойки 15 с роликом 16, предназначенным для размещения его над трубой 3 скважины 4 (фиг.1) так, что вертикальная касательная окружности ролика 16 совмещена с вертикальной осью 0 устьевого сальника 3 и с вертикальной касательной окружности барабана 7, расположенной в месте М схода-захода ленты на барабан 7. Рельсы 11 могут быть установлены горизонтально. Введены груз 17, блок 18, установленный на основании 5, и гибкий элемент 19. Один конец гибкого элемента 19 закреплен на раме 6, а другой через блок 18 соединен с грузом 17. Рама 6 выполнена с возможностью перемещения к вертикальной оси 0 устьевого сальника 2 под действием тяжести груза 17. The device (Fig. 4) for fixing the vertical position of the tape can also be made from a
При использовании этого варианта величина груза 17 также подбирается исходя из необходимости преодоления всех сил сопротивления качению рамы 6, включая собственное трение блока 18. Сила прижатия барабана 7 к ролику 1 в месте М их контакта также выбирается не превышающей 300 кг. Место М контакта и схода-захода ленты 8 для этого варианта всегда находится на вертикальной оси 0 на одной и той же высоте при любом диаметре намотки ленты 8 на барабан 7 и при любой длине S хода плунжера. When using this option, the value of the
В другом варианте устройство (фиг.5) фиксации вертикального положения ленты 8 может быть выполнено из редуктора 20, кинематически связывающего вал 21 барабана 7 с осями 22 колес 12 с возможностью вращения их и барабана 7 в одном направлении, причем передаточное число i редуктора 20 выбрано из соотношения
i = πd/δ,
где i - отношение частоты вращения барабана 7 к частот вращения колеса 12;
d - диаметр колеса 12;
δ - толщина ленты 8.In another embodiment, the device (Fig. 5) for fixing the vertical position of the
i = πd / δ,
where i is the ratio of the rotational speed of the
d is the diameter of the
δ is the thickness of the
Кинематическая связь может быть осуществлена посредством цепной передачи 23 или любой другой. Требование к кинематической связи - обеспечить точное перемещение рамы 6 в зависимости от изменения диаметра намотки ленты 8 на барабан 7. Kinematic communication can be carried out by means of a
Соотношение для i является условием обеспечения перемещения рамы 6 за каждый оборот барабана 7 на расстояние, равное толщине δ ленты 8. Например в установке, имеющей ленту 8, толщиной 3,5 мм и диаметр колеса 12 - 100 мм, передаточное число i равно 89,7. The ratio for i is a condition for ensuring the movement of the
При работе установки с редуктором 20 первоначально устанавливают раму 6 так, чтобы лента 8 занимала положение, совпадающее с вертикальной осью 0 (фиг.1). При включении реверсного двигателя по мере разматывания ленты 8 рама 6 перемещается к устью скважины 4, а при наматывании ленты 8 рама перемещается от нее, сохраняя место М схода-захода ленты 8 на барабан 7 на вертикальной оси 0. Такой вариант установки целесообразно применять при любой высоте подъема жидкости и при любой длине S хода плунжера 1. When the installation is working with the
Для всех описанных вариантов установки ее работа характеризуется следующим образом. For all the described installation options, its operation is characterized as follows.
По мере разматывания ленты 8 в насосно-компрессорную трубу 3 скважины 4 и опускания плунжера 1 диаметр навивки ленты 8 на барабан 7 уменьшается и рама 6 под воздействием либо горизонтальной силы Р1 (фиг.2), либо наклона рельсов 11 (фиг.3), либо под действием груза 17 (фиг.4), либо за счет передачи движения от вращающегося барабана 7 через редуктор 20 колесами 12 (фиг. 5) постепенно подкатывается к устью скважины 4, сохраняя неизменным местом М схода ленты 8 с барабана 7 на вертикальной оси 0, проходящей через устьевой сальник 2.As the
При подъеме плунжера 1 откатывание рамы 6 происходит либо за счет горизонтальной силы Р2 (фиг.2), либо за счет действия силы реакции опоры в точке контакта ролика 16 (фиг.3,4), либо за счет передачи в обратном направлении вращения колесам 12 через редуктор 20 от вращающегося барабана 7 (фиг.5).When lifting the
Для обеспечения подвижности рамы 6 реверсный привод целесообразно выполнять гидравлическим из гидромотора 9 и насосной станции 10, связанными между собой шлангами 14, длина которых выбрана достаточной для свободного перемещения рамы 6, при этом гидромотор 9 установлен на раме 6, а насосная станция 10 за пределами рамы 6 и основания 5 на таком расстоянии от скважины 4, при котором не требуется специальная защита электрооборудования от взрывоопасной среды. To ensure the mobility of the
Для получения различных режимов работы установки реверсный привод выполнен регулируемым с возможностью изменения скорости разматывания или наматывания ленты 8 на барабан 7 для изменения скорости движения плунжера 1 в трубе 3 скважины 4 при перемещении его вниз или для изменения скорости движения плунжера 1 при перемещении его вверх к устьевому сальнику 2. To obtain different operating modes of the installation, the reverse drive is made adjustable with the ability to change the speed of unwinding or winding the
Откачка жидкости из скважины 4 производится известным образом. При ходе плунжера 1 вверх (фиг.1) происходит всасывание жидкости под плунжер 1 через приемный клапан 13, а при ходе плунжера 1 вниз жидкость нагнетается через его нагнетательный клапан 24 в надплунжерное пространство насосно-компрессорной трубы 3. Поступление жидкости на поверхность происходит при ходе плунжера 1 вверх. Pumping fluid from the well 4 is carried out in a known manner. When the
В предлагаемой установке уровень изгибающих напряжений вне барабана 7 уменьшен в 2-3 раза, а количество циклов нагружения ленты 8 изгибающими напряжениями при применении устройства фиксации вертикального положения ленты 8, которое способствует перемещению рамы 6 по мере сматывания-разматывания ленты, сокращено в 3 раза. Контактные напряжения в ленте 8 в одних вариантах установки (фиг. 1 и 5) отсутствуют полностью, а в других вариантах (фиг. 3 и 4) уменьшены в 3-5 раз по сравнению с аналогом. Так как лента 8 работает на усталость в условиях коррозионной среды, то сокращение циклов нагружения и снижения уровня нагрузки позволяет увеличить временной ресурс работы ленты 8 и установки в целом. In the proposed installation, the level of bending stresses outside the
Установка (фиг. 1) может функционировать на обычных режимах, например, при перемещении плунжера 1 вниз и вверх с одинаковыми скоростями и при одинаковых длинах S хода плунжера 1 вниз и вверх. The installation (Fig. 1) can function in normal modes, for example, when moving the
Однако реверсный привод может быть снабжен дополнительными средствами регулирования, которые позволяют снизить дополнительные нагрузки на ленту 8, а также повысить производительность подъема жидкости. В течение одного цикла работы (ход вниз и ход вверх соответствует одному циклу) режим движения плунжера 1 может быть изменен в зависимости от технико-эксплуатационной характеристики скважины 4, что не может быть достигнуто в установках с малой длиной S хода плунжера 1, например от качающегося привода. However, the reverse drive can be equipped with additional control means that can reduce additional loads on the
При откачке маловязкой жидкости или откачке изношенным насосом после его длительной работы, когда имеют место повышенные утечки жидкости между плунжером 1 и трубой 3, целесообразно увеличить скорость плунжера 1 вверх и соответственно снизить скорость его спуска, чтобы за ту же продолжительность цикла по времени поднять больше жидкости. Утечки происходят только во время подъема плунжера 1, поэтому, чем быстрее он поднимается, тем меньше жидкости перетечет из надплунжерного пространства в подплунжерное. Скорость подъема плунжера 1 может находиться в диапазоне 0,8-1,8 м/с, а скорость спуска в диапазоне менее 0,8 м/с. Верхний предел подъема плунжера определяется техническими характеристиками реверсного привода и ленты 8. When pumping a low-viscosity fluid or pumping it out with a worn-out pump after its long operation, when there are increased fluid leaks between the
С целью снижения динамических нагрузок на ленту 8, возникающих в начале хода вниз и особенно в начале хода вверх скорость подъема и скорость спуска плунжера 1 должна нарастать плавно. Также плавно должно быть торможение в конце хода вверх и вниз. В известных установках (станках-качалках) нарастание и торможение скорости происходит по синусоидальному закону, что приводит к повышенным динамическим нагрузкам. В нашем случае можно установить любое ускорение (торможение) движения плунжера 1. Например, целесообразно использовать ускорение или торможение не более 1 м/с2.In order to reduce the dynamic loads on the
В скважинах 4 с большим количеством газа (высокое газосодержание жидкости) целесообразно скорость подъема постепенно увеличивать, чтобы использовать эффект подпирания плунжера 1 газовой пробкой, что позволяет снизить растягивающую нагрузку на ленту 8. При этом скорость подъема плунжера 1 должна быть равной скорости всплытия пузырьков газа в жидкости. В этом случае пузырьки газа скапливаются под плунжером 1 и подпирают его, снижая нагрузку на ленту 8 от веса поднимаемого плунжером 1 столба жидкости. In wells 4 with a large amount of gas (high gas content of liquid), it is advisable to gradually increase the ascent rate in order to use the effect of supporting the
Если скорость плунжера 1 будет больше, то скапливание газа под плунжером 1 будет соответственно меньше, и увеличивается нагрузка на ленту 8 и реверсный привод. Если скорость плунжера 1 меньше, то давление газа под плунжером 1 окажется большим, чем давление столба жидкости на плунжер 1, и произойдет прорыв газа из-под плунжера 1 вверх. Равенство скоростей движения плунжера 1 и всплытия пузырьков газа обеспечивает минимальную нагрузку на ленту 8 при ходе вверх и минимальные затраты энергии на подъем жидкости. Скорость подъема плунжера 1 в этом случае может быть подобрана экспериментально по минимальной нагрузке на ленту 8, замеренной прибором на устье скважины 4. If the speed of the
При работе установки с выходом плунжера 1 из-под динамического уровня жидкости спуск плунжера 1 на участке от верхней мертвой точки до уровня жидкости в трубе 3 целесообразно производить на повышенной скорости, а при входе плунжера 1 в жидкость и спуске в жидкости скорость следует уменьшить. Это дает возможность сократить продолжительность одного цикла и увеличить суточное количество циклов, то есть увеличить производительность установки. Кроме того, улучшаются условия работы ленты 8 - уменьшается амплитуда изменения нагрузки в течение цикла работы установки. When the unit is operating with the
В глубоких скважинах (больше 2500 м) с низким динамическим уровнем (больше 2300 м) прочность ленты 8 может оказаться недостаточной при насосном режиме откачки с одинаковыми длинами S хода плунжера вверх-вниз (или будут большие утечки). В этом случае целесообразно периодически изменять длину S хода плунжера 1. При малой длине S хода плунжера 1, например 100 м, промежуточно накачивают 500-1000 м столба жидкости, а затем плунжер 1 поднимают до устья и производят циклы перемещения плунжера 1 с длиной S хода 2500 м. In deep wells (more than 2500 m) with a low dynamic level (more than 2300 m), the strength of the
Подобно поступают в скважинах 4, где на трубах 3 отлагается парафин. Если отложения парафина находятся, например, от 800 м до устья, а плунжер 1 работает в интервале 900-1100 м, то периодически (в зависимости от интенсивности отложения) плунжер 1 поднимают до устья (например, 2 раза в сутки или 2-3 раза в неделю) для удаления парафина. This is similar in wells 4, where paraffin is deposited on pipes 3. If paraffin deposits are, for example, from 800 m to the mouth, and
В скважинах 4 с медленным притоком жидкости из пласта целесообразно устанавливать временную паузу в каждом цикле движения плунжера 1 для накопления жидкости в затрубном пространстве. Временная пауза между перемещениями плунжера 1 может быть от 1 мин до 10 и более мин. In wells 4 with a slow influx of fluid from the formation, it is advisable to establish a temporary pause in each cycle of the movement of the
В известных установках такие скважины 4 эксплуатируются периодически (установка отключается на несколько часов). Преимущество введения паузы в каждый цикл состоит в том, что в этом случае накопление жидкости идет быстрее, так как поддерживается более высокая депрессия на пласт. In known installations, such wells 4 are operated periodically (the installation is shut down for several hours). The advantage of introducing a pause in each cycle is that in this case, the accumulation of fluid is faster, since a higher depression on the formation is maintained.
Продолжительность паузы и место плунжера 1, где задерживается его ход, зависят от характеристики скважины 4. Чем меньше приток, тем больше временная пауза. Подбор выдержки времени паузы может производиться опытным путем: устанавливается фиксированная продолжительность паузы и замеряется дебит скважины 4, затем временная пауза увеличивается, и снова производят замер дебита. Если дебит увеличился, то вновь увеличивают паузу и т.д. В результате работу установки оптимизируют по какому-либо признаку. Например, по удельному расходу электроэнергии (кВт•ч/т добытой нефти) или удельной добычи нефти (т добытой нефти/100 кВт•ч). The duration of the pause and the place of the
Средства для изменения скорости движения плунжера 1, длины S его хода, выдержки временной паузы не являются предметом настоящего изобретения, так как являются известными. Так, например, длина S хода плунжера 1 изменяется с помощью любого счетчика количества оборотов барабана 7, а временная пауза устанавливается посредством таймера. Means for changing the speed of movement of the
Указанные возможные режимы работы оборудования целесообразно применять именно в длинноходовых глубиннонасосных установках, при работе которых достигаются описанные выше эффекты. The indicated possible modes of operation of the equipment should be used precisely in long-running deep pump installations, during the operation of which the effects described above are achieved.
Особые требования в длинноходовых глубиннонасосных установках предъявляются и к скважинному насосу, так как для использования преимуществ большого хода плунжера 1 целесообразно применять в качестве его цилиндра внутреннюю поверхность насосно-компрессорной трубы 3. Однако насосно-компрессорные трубы 3 имеют большие разбросы допусков линейных размеров диаметра, обладают относительно большой эллиптичностью, при стыковке отрезков труб 3 для больших глубин нарушается их соосность и однородность стыков, в процессе работы происходит выработка внутренней поверхности трубы 3 и наружной цилиндрической поверхности плунжера 1, что приводит к уменьшению компрессии, а также при движении плунжера 1 лента 8 периодически испытывает различные динамические нагрузки, связанные с указанной выше неидеальностью внутренней поверхности трубы 3, что приводит к уменьшению времени эксплуатации ленты 8. Special requirements in long-running deep pump installations are also imposed on the borehole pump, since in order to take advantage of the large stroke of the
Скважинный насос по предлагаемому изобретению (фиг. 6-13) содержит цилиндр 30, приемный клапан 13 (фиг.1), установленный на нем, плунжер 1, установленный внутри цилиндра 30, выполненный полым с кольцевой канавкой 31 на его наружной поверхности, обращенной к цилиндру 30, нагнетательный клапан 24 (фиг. 1), установленный на плунжере 1. Устройство также имеет по меньшей мере три плашки 32 (фиг. 6-9,12,13), установленные по радиусам в кольцевой канавке 31 плунжера 1 с образованием продольных зазоров между ними, пружину 33, установленную в кольцевой канавке 31 между обращенной к оси плунжера 1 поверхностью плашек 32 и наружной цилиндрической поверхностью кольцевой канавки 31 с возможностью радиального перемещения плашек 32. Каждая из плашек 32 выполнена с радиальной 34 и осевой 35 полками, а их обращенная к цилиндру 30 поверхность выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра 30. Устройство содержит по меньшей мере три накладки 36 (фиг. 6-11,13, установленные с образованием продольных зазоров между ними на радиальных 34 и осевых 35 полках соседних по радиусу плашек 32 с возможностью перекрытия продольных зазоров между плашками 32. Часть обращенной к цилиндру 30 наружной поверхности накладки 36 выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра 30, и эта часть в плоскостях сопряжения ее с соседними по радиусу плашками 32 выполнена совпадающей с наружными обращенными к цилиндру 30 поверхностями этих плашек 32. Противоположные радиальным полкам 34 плашек 32 торцы 37 и 38 накладок 36 и плашек 32 расположены в одной радиальной плоскости. Накладки 36 установлены на плашках 32 с возможностью их перемещения в радиальном направлении и подпружинены через плашки 32 к внутренней поверхности цилиндра 30. На фиг. 6-13 показан вариант с четырьмя радиально расположенными плашками 32 и с четырьмя накладками 36. The well pump according to the invention (Fig. 6-13) contains a
Плунжер 1 (фиг. 1) предназначен для установки внутри насосно-компрессорной трубы 3 скважины 4, которая служит его цилиндром 30. Введены втулки 39 (фиг. 6-10), установленные на плунжере 1 и выполненные [-образного продольного сечения с образованием козырька 40 в виде кольца. Диаметр наружной поверхности втулок 39 выбран меньшим, чем диаметр обращенной к цилиндру 30 наружной поверхности, образованной всеми соседними по радиусу плашками 32 и накладками 36. Каждая из плашек 32 (фиг.12) выполнена ┴-образного продольного сечения, а втулки 39 (фиг.6) установлены с противоположных торцов 38 плашек 32, и их козырьки 40 в продольном направлении направлены друг к другу. Каждая из накладок 36 (фиг. 11,13) вдоль продольной оси выполнена ├┤-образной формы и установлена с заходом ее радиальных частей 41 на радиальные 34 и осевые 35 полки (фиг. 12,13) ┴-образной плашки 32, а продольная часть ├┤-образной накладки 35, размещена в продольном зазоре между плашками 32. Каждая из накладок 35 выполнена с уступом 42, который установлен внутри кольца козырька 40 втулки 39 с осевым зазором между его торцом и радиальной частью втулки 39. На наружной поверхности накладки 36, обращенной к цилиндру 30 и козырьку 40 втулки 39, выполнена фаска 43. The plunger 1 (Fig. 1) is designed to be installed inside the tubing 3 of the well 4, which serves as its
Плашки 32 и накладки 36, подпружиненные пружинами 33, также могут быть установлены последовательно вдоль продольной оси в одной кольцевой канавке 31 плунжера 1 (фиг. 6) и выполнены идентично плашкам 32 и накладкам 36, расположенным по радиусам. Для этого варианта введена промежуточная втулка 44, установленная на плунжере 1 и выполненная I-образного продольного сечения с образованием кольцевых козырьков 45, обращенных друг от друга противоположно. Обращенные друг к другу уступы 42 соседних вдоль продольной оси накладок 36 установлены внутри своих кольцевых козырьков 45 промежуточной втулки 44 с осевым зазором между торцами уступов 42 и радиальной частью промежуточной втулки 44. На наружной поверхности каждой накладки 36, обращенной к цилиндру 30 и кольцевому козырьку 45, выполнена фаска 43. The dies 32 and the
Установка плашек 32 и накладок 36 в несколько рядов вдоль продольной оси плунжера позволяет получить большую суммарную поверхность плунжера 1, обеспечивающую высокую компрессию. В то же время плашки 32 и накладки 36 обладают высокой подвижностью в радиальном направлении и способностью при своем перемещении устранять влияние дефектов цилиндра 30, таких как несоосность, эллиптичность, несоответствие внутреннего диаметра и т.п. на герметичность. Фаска 43 является заходной для накладок 36 и позволяет уменьшить динамические воздействия на ленту 8 при заходе любой из накладок 36 на неоднородность, при этом так как накладка 36 установлена своими радиальными частями (фиг. 13) с двух сторон в продольном направлении относительно радиальной части ┴-образной плашки 32, то обеспечивается плавное перемещение плунжера 1 и вниз, и вверх. Ряды плашек 32 и накладок 36 стягиваются в продольном направлении гайкой (на фиг.6 не показана) с осевым зазором между втулкой 39 и торцами 37, 38 накладок 36 и плашек 32, соответственно, величина осевого зазора выбирается около 0,5 мм для обеспечения подвижности плашек 32 и накладок 36 в осевом направлении. По мере износа внутренней поверхности цилиндра 30 и наружных поверхностей накладок 36 и плашек 36 за счет действия пружины 33 плашки 32 и накладки 36 перемещаются до полной выборки радиального зазора между уступом 42 и кольцом козырька 40, постоянно обеспечивая плотное прилегание наружных поверхностей плашек 32 и накладок 36 к цилиндру 30. Козырек 40 также препятствует выпадению деталей при удаления плунжера 1 из насосно-компрессорной трубы 2. The installation of the dies 32 and
Как показали исследования, количество плашек 32 и накладок 36, установленных по радиусу, целесообразно выбирать от 3 до 6 штук, а количество таких рядов вдоль продольной оси плунжера 1 может быть от 5 до 20 и больше в зависимости от глубины скважины 4 и дефектности трубы 3. Studies have shown that the number of dies 32 and
Может быть введен также изогнутый штифт 46 (фиг.9, 10), конец которого закреплен в козырьке 40 [-образной втулки 39 или в кольцевом козырьке 45 промежуточной втулки 44, а другой конец - на ее радиальной части. Со стороны одного торца 37 накладки 36 на ее продольной оси в уступе 42 выполнена прорезь 47 (фиг. 11), и изогнутый штифт 46 установлен с зазором в прорези 47 уступа 42 (фиг.10. A
Изогнутый штифт 46, установленный в продольном зазоре между плашками 32 и в прорезях 47 накладок 36, препятствует вращению накладок 36 совместно с плашками 32 вокруг продольной оси плунжера 1 и обеспечивает гарантированные продольные зазоры между ними, в пределах которых они могут перемещаться вокруг продольной оси. В общем случае изогнутый штифт 46 может отсутствовать, тогда ширина продольных зазоров выбирается такой, чтобы при смещении вокруг продольной оси плашек 32 и накладок 36 в направлении к одной образующей цилиндра 30, накладки 36 обеспечивали бы перекрытие продольных зазоров плашек 32. A
Работает скважинный насос следующим образом. The well pump operates as follows.
При ходе плунжера 1 вверх (фиг.1) давление под ним понижается, и происходит всасывание жидкости через приемный клапан 13. Поскольку в это время над плунжером 1 действует высокое давление плашки 32 и накладки 36, прижатые к внутренней поверхности цилиндра 30, перемещаются вниз до касания торцами 37, 38 (фиг. 6, 11-13) радиальной части втулки 39 и радиальной части промежуточной втулки 44. Проход для жидкости закрыт между наружной поверхностью плунжера 1 и внутренней поверхностью цилиндра 30 из-за плотного прилегания поверхностей цилиндра 30 и плашек 32 с накладками 36, по стыкам между этими накладками 36, а по осевому зазору в цилиндрической канавке 31 - из-за прижатия к радиальной части втулки 39 и радиальной части промежуточной втулки 44 одновременно тех торцов 37 накладки 36 и торцов 38 плашки 32, которые выполнены без прорезей 47. Для улучшения компрессии накладки 36 и плашки 32 целесообразно располагать так, чтобы прорези 47 были обращены в верх плунжера 1. When the
При ходе плунжера 1 вниз (фиг.1) нагнетательный клапан 24 открывается, а приемный клапан 13 закрывается. Давление в под- и надплунжерном пространстве выравнивается, плашки 32 и накладки 36 перемещаются вверх в пределах осевого зазора, происходит перетекание жидкости в надплунжерное пространство. Затем цикл повторяется. When the
За счет выполнения плашек 32 и накладок 36 с описанной внешней формой поверхности удается обеспечить высокую величину компрессии и одновременно уменьшить при перемещении плунжера 1 влияние неоднородностей внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы 2 на ленту 8. Due to the implementation of the dies 32 and
Особые требования для обеспечения автоматического слежения за натяжением ленты 8 предъявляются и к реверсному приводу. В случае выполнения его гидравлическим обеспечивается возможность размещать на раме 6 только гидромотор 9, а насосную станцию 10 с органами управления выносить за пределы основания 5 и рамы 6, уменьшая вес ее нагрузки и обеспечивая ее подвижность. Special requirements for ensuring automatic tracking of the tension of the
Функциональная схема гидропривода, изображенная на фиг. 14, не является единственно возможной, но наглядно демонстрирует обеспечение достижения заявленного технического результата. Functional diagram of the hydraulic actuator shown in FIG. 14, is not the only possible, but clearly demonstrates the achievement of the claimed technical result.
Гидропривод скважинно-насосной установки содержит гидромотор 9, кинематически связанный, в частности через приводной вал, с барабаном 7, на котором намотана тяговая лента 8 с подвешенным к ней плунжером 1 (на фиг.14 не показан). С приводным валом связаны датчики 49 числа оборотов барабана 7, по командам (сигналам) которых осуществляется известным образом переключение режимов реверсивного гидронасоса. The hydraulic drive of the well-pumping unit contains a hydraulic motor 9, kinematically connected, in particular through a drive shaft, with a
Гидромотор 9 гидравлически связан с регулируемым гидронасосом 50 с образованием замкнутой гидросистемы, имеющей напорную гидролинию 51 и всасывающую гидролинию 52. Гидронасос 50 выполнен реверсивным с механизмом изменения режимов, имеющим камеры 53, 54 управления, первая 53 из которых сообщена с первым выходом трехпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 55. The hydraulic motor 9 is hydraulically connected to an adjustable
Гидропривод выполнен с постоянно замкнутым тормозом 56, установленным на гидромоторе 9, гидравлически управляемым от рабочего давления напорной гидролинии через регулируемый дроссель 57 с обратным клапаном 58. The hydraulic actuator is made with a constantly closed
Система управления гидроприводом предназначена для изменения режимов (ПРЯМОЙ ХОД, НЕЙТРАЛЬ и РЕВЕРС) работы гидронасоса 50 и обеспечения регулирование потока рабочей жидкости. Система управления вместе с реверсивным регулируемым гидронасосом 50 расположена в насосной станции 10 отдельно от гидромотора 9 и барабана 7. The hydraulic drive control system is designed to change the modes (DIRECT STROKE, NEUTRAL and REVERSE) of the operation of the
Система управления имеет гидронасос 59, вход которого сообщен с гидробаком 60, а выход - через обратные клапаны 61 с соответствующим входом реверсивного гидронасоса 50 и с первым входом трехпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 55, второй вход которого сообщен с гидробаком 60. The control system has a
Для обеспечения надежной и безопасной работы гидропривода в автоматическом режиме система снабжена тремя гидравлически управляемыми сливными клапанами 63 - 65, выполненными с регуляторами давления 66 - 68. Регуляторы давлений упомянутых клапанов 63 - 65 отрегулированы соответственно первый (63) - на давление, эквивалентное допустимой нагрузке для ленты 9, второй - на давление, соответствующее минимальной нагрузке, создаваемой при движении плунжера 1 скважинного насоса вверх, третий - на давление, соответствующее нагрузке, приложенной к ленте 8 при движении плунжера 1 скважинного насоса вниз. To ensure reliable and safe operation of the hydraulic actuator in automatic mode, the system is equipped with three hydraulically controlled drain valves 63 - 65, made with pressure regulators 66 - 68. The pressure regulators of the said valves 63 - 65 are adjusted accordingly the first (63) - to a pressure equivalent to the permissible load for tapes 9, the second - to the pressure corresponding to the minimum load created when the
Входы сливных клапанов 63 - 65 сообщены с напорной гидролинией 51 замкнутой гидросистемы, управляемые полости сливных клапанов 63,64 сообщены с гидробаком 60, а третьего сливного клапана 65 - с камерой 54 управления механизма изменения режимов реверсивного гидронасоса 50, первая камера 53 которого сообщена со вторым выходом упомянутого гидрораспределителя 55 через регулируемый клапан 69 давления, полость управления которого сообщена с напорной гидролинией 51 замкнутой гидросистемы. The inputs of the drain valves 63 - 65 are connected to the pressure
Для повышения надежности работы гидросистемы за счет обеспечения стабильной установки гидронасоса в положение НЕЙТРАЛЬ выход гидронасоса 59 системы управления сообщен с полостью управления регулируемого клапана 69 давления через клапан 70 ИЛИ. To increase the reliability of the hydraulic system by ensuring a stable installation of the hydraulic pump in the NEUTRAL position, the output of the
Гидропривод скважинно-насосной установки работает следующим образом. The hydraulic well-pumping unit operates as follows.
При включении гидрораспределителя 55 вправо (согласно приведенной схеме, фиг.14) в положение ПРЯМОЙ ХОД рабочая жидкость под давлением от гидронасоса 59 поступает в камеру 53 управления механизма изменения режимов реверсивного гидронасоса 50, включая тем самым гидронасос 50 для подачи потока рабочей жидкости в гидромотор 9, обеспечивающего вращение барабана 7 например в направлении подъема плунжера 1 скважинного насоса. При этом рабочая жидкость из камеры 54 управления механизма изменения режимов реверсивного гидронасоса 50 через гидрораспределитель 55 поступает в гидробак 60. When the
Если давление рабочей жидкости в напорной гидролинии 51 не превышает установленную сливным клапаном 63 величину давления, но не меньше величины давления, установленной регуляторами давлений 67, 68 клапанов 64 и 65, то все три сливных клапана закрыты. Соответственно давление рабочей жидкости напорной гидролинии 51 через клапан 70 ИЛИ передается в камеру управления клапана 69 и способствует удержанию этого клапана в закрытом положении, поддерживая тем самым механизм изменения режимов реверсивного гидронасоса 50 в положении ПРЯМОЙ ХОД. Таким образом, гидропривод стабильно работает в режиме ПРЯМОЙ ХОД, соответствующем подъему плунжера 1. If the pressure of the working fluid in the
В случае увеличения давления рабочей жидкости в напорной гидролинии 51 выше давления, на которое настроен клапан 63, то есть до максимально допустимого, клапан 63 откроется и стравит давление рабочей жидкости в гидролинии 51 до величины сливного давления (при движении на подъем, то есть в режиме ПРЯМОЙ ХОД). При этом тормоз 56, представляющий собой, в частности гидроцилиндр, включается в работу, а именно, его поршень под действием усилия пружины 71 начинает выжимать рабочую жидкость. Шток поршня воздействует на тормозной элемент и останавливает гидромотор 9 и связанный с ним барабан 48. Одновременно с этим клапан 70 ИЛИ соединяет полость управления клапана 69 с выходом гидронасоса 59, замыкая тем самым управление реверсивным гидронасосом 50 накоротко, то есть сообщает обе камеры 53 и 54 со сливным давлением. В результате этого механизм изменения режимов устанавливает реверсивный гидронасос в положение НЕЙТРАЛЬ. If the pressure of the working fluid in the
Если давление рабочей жидкости при движении плунжера 1 вверх снизится до величины, меньшей величины давления, на которую отрегулирован клапан 64 и которая соответствует минимальной массе подвешенного к тяговой ленте 8 поршня 1, то клапан 64 откроется и также стравит давление рабочей жидкости в напорной гидролинии 51 до величины сливного давления (при движении поршня 1 вверх давление настройки у клапанов 64 и 65 одинаковое, а при движении вниз давление у клапана 65 выше за счет дополнительного воздействия давления рабочей жидкости от гидронасоса 59, поступающей в управляемую полость клапана 65). Такое "аварийное" состояние в гидроприводе может наступить в случае обрыва ленты 8 и снижения нагрузки на барабане 7 до минимального. If the pressure of the working fluid when the
При снижении давления рабочей жидкости в напорной гидролинии 51 до сливного давления тормоз 56 включается в работу и останавливает гидромотор 9 и связанный с ним барабан 48, при этом клапан 70 ИЛИ соединяет клапан 69 с выходом гидронасоса 59, открывая тем самым этот клапан 69 и замыкая систему управления реверсивным гидронасосом 50 накоротко, сообщая при этом камеры 53 и 54 со сливным давлением. В результате этого механизм изменения режимов устанавливает реверсивный гидронасос в положение НЕЙТРАЛЬ. When the pressure of the working fluid in the
При включении гидрораспределителя 55 влево (по схеме, фиг.14) в положение РЕВЕРС рабочая жидкость под давлением от гидронасоса 59 поступает в камеру 54 механизма изменения режимов гидронасоса 50, включая тем самым гидронасос 50 для подачи потока рабочей жидкости в гидромотор 9, обеспечивающего вращение барабана 7 в направлении спуска плунжера 1 скважинного насоса. Рабочая жидкость из камеры 53 через гидрораспределитель 55 поступает в гидробак 60, поддерживая тем самым механизм изменения режимов в положении РЕВЕРС. Одновременно с этим управляемая полость клапана 65 также сообщается с выходом гидронасоса 59, повышая тем самым устойчивое состояние этого клапана за счет наличия повышенного давления рабочей жидкости в управляемой полости по сравнению с давлением рабочей жидкости в управляемой полости клапана 64. Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы "аварийный" режим управления на останов гидропривода при спуске плунжера 1 соответствовал более высокому уровню давления рабочей жидкости в напорной гидролинии 51 при увеличении сопротивления движению плунжера 1 в трубе 3 скважины 4 (фиг.1), чем в случае, когда произошел обрыв ленты 8. Такая настройка клапана 65 обеспечивает предохранение ленты 8 от механического разрушения, поскольку гидропривод автоматически остановится, как только начнет снижаться давление при спуске плунжера 1 на ходе вниз вместо того, чтобы повышаться за счет нарастания веса груза от увеличения, например, длины ленты 8 при ходе вниз, когда отсутствует какое-либо сопротивление движению плунжера 1 скважинного насоса. When the
Таким образом, если давление при спуске плунжера 1 снизится до величины давления рабочей среды, на которую настроен клапан 65, то тогда он откроется, сообщая тем самым напорную гидролинию 51 с гидробаком 60. При этом гидроцилиндр тормоза 56 включается в работу, а именно, его поршень под действием усилия пружины 71 начинает выжимать рабочую жидкость и через шток воздействовать на тормозной элемент, который в свою очередь останавливает гидромотор 9 и связанный с ним барабан 7. Thus, if the pressure during the descent of the
Применение установки для подъема жидкости из скважины, способа ее работы, скважинного насоса и гидропривода позволяет повысить надежность, производительность и временной безотказный ресурс работы. The use of the installation for lifting liquid from the well, the method of its operation, the downhole pump and hydraulic drive can improve reliability, productivity and temporary non-failure life.
Наиболее успешно изобретение может быть использовано в нефтяной промышленности. Most successfully, the invention can be used in the oil industry.
Claims (28)
где π - постоянная, равная 3,141593...,
Dс р - средний диаметр намотки ленты на барабан от начального диаметра Dm i n до конечного диаметра Dm a x, равный (Dm i n + Dm a x) / 2,
H - высота от устьевого сальника до места схода-захода ленты на барабан,
Е - модуль упругости материала ленты,
σраст напряжение ленты от ее растяжения,
[σ] допускаемое напряжение для ленты, работающей при циклических нагрузках,
δ - толщина ленты.2. Installation according to claim 1, characterized in that the length S of the stroke of the plunger in the well pipe is selected no more than a value obtained from a mathematical expression
where π is a constant equal to 3.141593 ...,
D with p - the average diameter of the tape winding on the drum from the initial diameter D m i n to the final diameter D m a x equal to (D m i n + D m a x ) / 2,
H is the height from the wellhead seal to the place of descent of the tape on the drum,
E is the elastic modulus of the tape material,
σ rast the tension of the tape from its stretching,
[σ] permissible stress for a tape operating under cyclic loads,
δ is the thickness of the tape.
введено устройство фиксации вертикального положения ленты, которое выполнено с возможностью сохранения перемещения оси вращения барабана для упомянутого поддержания вертикального положения ленты и с возможностью ограничения перемещения оси вращения барабана в поперечном направлении при совмещении упомянутого вертикального положения ленты с вертикальной осью устьевого сальника.5. Installation according to claim 1, characterized in that when the length S of the stroke of the plunger in the well pipe is greater than the value obtained from the mathematical expression
a device for fixing the vertical position of the tape is introduced, which is configured to save the movement of the axis of rotation of the drum for said maintaining the vertical position of the tape and to limit the movement of the axis of rotation of the drum in the transverse direction when combining the said vertical position of the tape with the vertical axis of the wellhead seal.
i = πd/δ
где i - отношение частоты вращения барабана к частоте вращения колеса,
π постоянная, равная 3,141593...,
d - диаметр колеса;
δ толщина ленты.11. Installation according to claim 5, characterized in that the frame is equipped with wheels mounted on guides, the device for fixing the vertical position of the tape is made of a gearbox kinematically connecting the drum shaft with the axles of the wheels with the possibility of rotation of them and the drum in one direction, the gear ratio i gear selected from the ratio
i = πd / δ
where i is the ratio of the frequency of rotation of the drum to the frequency of rotation of the wheel,
π constant equal to 3.141593 ...,
d is the diameter of the wheel;
δ tape thickness.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101756A RU2111343C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101756A RU2111343C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2111343C1 true RU2111343C1 (en) | 1998-05-20 |
RU97101756A RU97101756A (en) | 1999-03-10 |
Family
ID=20189673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97101756A RU2111343C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2111343C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103397866A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-20 | 濮阳中石集团有限公司 | Tower type hydraulic pumping unit and application method thereof |
CN109958408A (en) * | 2019-03-15 | 2019-07-02 | 江苏昱昌智能科技有限公司 | A kind of novel alternating grabs rod beam-pumping unit and its oil pumping method |
CN110761744A (en) * | 2019-10-25 | 2020-02-07 | 山西省平遥减速器有限责任公司 | High-precision bailing type oil pumping unit for oil exploitation |
CN115538988A (en) * | 2022-12-06 | 2022-12-30 | 秦皇岛美城润麒低碳产业发展有限公司 | Pumping unit automatic control equipment with parameter self-identification adjusting structure |
CN116576208A (en) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 克拉玛依市圣起钻采设备有限责任公司 | Mechanical brake device for oil pumping unit |
CN118327526A (en) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 青岛新胜石油机械有限公司 | Translational type variable stroke pumping unit |
-
1997
- 1997-02-07 RU RU97101756A patent/RU2111343C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Молчанов А.Г. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. - М.: Недра, 1982, с. 46 - 55. Гиматудинов Ш.К. Справочная книга по добыче нефти. - М.: Недра, 1974, с. 318 - 319. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103397866A (en) * | 2013-07-24 | 2013-11-20 | 濮阳中石集团有限公司 | Tower type hydraulic pumping unit and application method thereof |
CN109958408A (en) * | 2019-03-15 | 2019-07-02 | 江苏昱昌智能科技有限公司 | A kind of novel alternating grabs rod beam-pumping unit and its oil pumping method |
CN109958408B (en) * | 2019-03-15 | 2024-06-07 | 江苏昱昌智能科技有限公司 | Novel alternate grabbing rod type pumping unit and pumping method thereof |
CN110761744A (en) * | 2019-10-25 | 2020-02-07 | 山西省平遥减速器有限责任公司 | High-precision bailing type oil pumping unit for oil exploitation |
WO2021077550A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | 山西省平遥减速器有限责任公司 | High-precision bailing-type oil-pumping unit for petroleum exploitation |
CN115538988A (en) * | 2022-12-06 | 2022-12-30 | 秦皇岛美城润麒低碳产业发展有限公司 | Pumping unit automatic control equipment with parameter self-identification adjusting structure |
CN116576208A (en) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 克拉玛依市圣起钻采设备有限责任公司 | Mechanical brake device for oil pumping unit |
CN116576208B (en) * | 2023-07-14 | 2023-10-03 | 克拉玛依市圣起钻采设备有限责任公司 | Mechanical brake device for oil pumping unit |
CN118327526A (en) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 青岛新胜石油机械有限公司 | Translational type variable stroke pumping unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8944157B2 (en) | Hydro pneumatic lifting system and method | |
US8256504B2 (en) | Unlimited stroke drive oil well pumping system | |
US10161394B2 (en) | Counterweighted pumpjack with reversible motors | |
RU2595025C2 (en) | Injector for systems with flexible tubing | |
RU2111343C1 (en) | Plant to lift fluid from well, process of its operation, well pump and hydraulic drive incorporated in its mix | |
NO322550B1 (en) | Upper bearing for an offshore turning head and method in connection therewith | |
CN104654937B (en) | Many epharmonic drainage of explosive hole methods and device | |
EP2356314B1 (en) | Artificial oil lifting unit using absorbent belts | |
CN101196115B (en) | Construction method for high pressure underground gas storing well | |
DE3002577A1 (en) | HYDRAULIC LIFT WITH INDIRECTLY OPERATING DRIVE | |
RU97101756A (en) | INSTALLATION FOR LIFTING LIQUID FROM A WELL, METHOD OF ITS OPERATION, A WELL PUMP AND A HYDRAULIC DRIVE, INCLUDED IN ITS COMPOSITION | |
CN104251126B (en) | Wellhead of water injection well tests blowout hookup | |
RU2547674C1 (en) | Oil well pump drive | |
RU2672241C1 (en) | Hydraulic drive | |
RU2274737C1 (en) | System for water injection in injection well for formation pressure maintenance | |
CN115057315B (en) | Elevator suspension rope abrasion testing device and testing method | |
CA2639189C (en) | An unlimited stroke drive oil well pumping system | |
RU58155U1 (en) | DEVICE FOR RIPPING PIPES IN A WELL | |
CN114059973B (en) | Liquid draining device for oil-gas well | |
US5348137A (en) | Vertical tensioning and anti-rotational device for use with single continuous rope conveyor lifting system | |
CN210289725U (en) | Anticorrosive wear-resisting integration machine of effect system is adopted to whirl | |
RU197998U1 (en) | KOLTYUBING UNIT FOR REPAIR AND MAINTENANCE OF WELLS OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
CN218971160U (en) | Intelligent control long-stroke winch type beam-free pumping unit for flood discharge area and dry land | |
RU2727833C1 (en) | Downhole sucker-rod pumping unit | |
US4648742A (en) | Tainter gate system |